DE102006019878A1

DE102006019878A1 - Schwingungstilger

Info

Publication number: DE102006019878A1
Application number: DE200610019878
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Rettig; Michael Dipl.-Ing. Bogner (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-10-31

Abstract

Schwingungstilger, umfassend wenigstens einen um eine Drehachse drehbaren Tilgerkörper und wenigstens zwei, auf eine Anregungsfrequenz abgestimmten, als Fluid ausgebildete, in separaten Fluidkammern des Tilgerkörpers angeordnete Tilgermassen, die bezüglich des Tilgerkörpers in wenigstens einer Ebene verlagerbar sind, bei deren Verlagerung sich ihr radialer Abstand zur Drehachse verändert, wobei wenigstens ein mit wenigstens zwei Fluidkammerabschnitten (3, 4) verbundener Fluidkanal (7, 15, 16) vorgesehen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Schwingungstilger, umfassend wenigstens einen um eine Drehachse drehbaren Tilgerkörper und wenigstens zwei, auf eine Anregungsfrequenz abgestimmte, als Fluid ausgebildete, in separaten Fluidkammern des Tilgerkörpers angeordnete Tilgermassen, die bezüglich des Tilgerkörpers in wenigstens einer Ebene verlagerbar sind, bei deren Verlagerung sich ihr radialer Abstand zur Drehachse verändert.
Hintergrund der Erfindung
Dynamische Systeme, die im Bereich ihrer Eigenfrequenzen angeregt werden, zeigen generell als Systemantwort erhöhte Schwingungen. Wenn ein System, etwa ein Teil einer drehenden Maschine, in einem breiten Frequenzspektrum angeregt wird, so besteht die Gefahr, dass bei ungünstigen Betriebsverhältnissen Resonanzphänomene auftreten. Bei Brennkraftmaschinen ist dies meist dann der Fall, wenn Eigenfrequenzen von rotierenden Bauteilen, zum Beispiel des Steuertriebs, des Aggregatetriebs, der Nockenwelle oder eines Nockenwellenverstellers, mit den Anregungsfrequenzen der Brennkraftmaschine zusammenfallen. Da die Anregungsfrequenzen mit der Drehzahl des Motors steigen, durchlaufen sie den gesamten Frequenzbereich, in dem auch Eigenfrequenzen der erwähnten Komponenten der Brennkraftmaschine liegen. Dabei kann es sich um Eigenfrequenzen eines Zugmittels im Aggregatetrieb oder im Steuertrieb handeln, ebenso um Dreheigenfrequenzen der Aggregate oder des Steuertriebs. Es können sogar solche Freiheitsgrade angeregt werden, die keine unmittelbare Kopplung mit dem Verbrennungsprozess besitzen, beispielsweise können Biegeschwingungen einer Fahrzeugkarosserie entstehen, die eine Schallabstrahlung in den Fahrgastraum und die Umgebung bewirken.
Diese dynamischen Effekte können zu einer erhöhten Belastung von Zugmitteln führen, daneben kann Schlupf entstehen oder es wird eine Schallabstrahlung in angrenzende Strukturen erzeugt. Diese dynamischen Belastungen reduzieren außerdem die Lebensdauer der Bauteile und sind daher unerwünscht. Um diesen Effekten entgegen zu wirken, hat man bisher aufwändige Gegenmaßnahmen ergriffen und mechanische und hydraulische Spannsysteme, Freiläufe, Dämpfer oder Elastriemen eingesetzt. Alle bekannten Maßnahmen weisen jedoch Nachteile auf, hydraulische Spannsysteme bewirken beispielsweise einen Leistungsverlust, der zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führt, andere Maßnahmen führen zu höheren Kosten.
In dem Artikel „Drehzahladaptiver Tilger – eine Alternative für die Schwingungsreduzierung?" (ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 103 (2001) 4, S. 290–296) wird ein Schwingungstilger erwähnt, bei dem die Tilgermassen als Fluid ausgebildet sind. Dieser Schwingungstilger umfasst zwei Hohlräume, in denen das Fluid aufgenommen ist. Bei der Verlagerung des Fluids verändert sich der radiale Abstand des Schwerpunkts der Tilgermassen zur Drehachse. Ein derartiger Tilger muss allerdings mit hoher Präzision gefertigt werden, da eine unterschiedliche Befüllung der Hohlräume mit dem Fluid während des Betriebs zu Unwuchten führen könnte.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungstilger anzugeben, der die genannten Nachteile vermeidet und einen störungsfreien Be trieb ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Schwingungstilger der eingangs genannten Art erfindungsgemäß wenigstens ein mit wenigstens zwei Fluidkammerabschnitten verbundener Fluidkanal vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Unwucht, die durch eine unterschiedliche Befüllung der Fluidkammern hervorgerufen wird, durch einen Fluidkanal wirksam vermieden werden kann, der die beiden oder mehrere Fluidkammern miteinander verbindet. Über den Fluidkanal kann sich das als Tilgermasse ausgebildete Fluid während des Betriebs unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft gleichmäßig auf die separaten Fluidkammern verteilen. Dadurch wird eine gleichmäßige Massenverteilung erreicht, bei der keine Unwucht auftreten kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Fluidkanal ringförmig ausgebildet und mit den Fluidkammern verbunden sein. Es wird besonders bevorzugt, dass der Fluidkanal bezogen auf die Drehachse des Tilgerkörpers außerhalb der Fluidkammern angeordnet ist. Dadurch ist sichergestellt, dass das Fluid unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft über den Fluidkanal in alle Fluidkammern gelangen kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Fluidkammern näherungsweise kreissegmentförmig oder U-förmig ausgebildet sind, wobei die Endabschnitte der Fluidkammern in der Nähe der Drehachse angeordnet sind. Bei diesen Ausgestaltungen kann sich das Fluid bei einer Drehung des Tilgerkörpers in radialer Richtung verlagern, sodass sich die gewünschte Tilgerwirkung ergibt.
Der oder ein Fluidkanal des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers kann im Bereich der Endabschnitte der Fluidkammern münden, insbesondere wenn die Fluidkammern kreissegmentförmig oder U-förmig ausgebildet sind. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der oder ein Fluidkanal Endabschnitte derselben Fluidkammer miteinander verbindet, wenn die Fluidkammer zum Beispiel U-förmig ausgebildet ist. Andererseits kann der Fluidkanal Endabschnitte verschiedener Fluidkammern miteinander verbinden, sodass ein Ausgleich des Fluids auch zwischen mehreren Fluidkammern erfolgen kann. Obwohl es bevorzugt wird, dass ein Fluidkanal Endabschnitte von Fluidkammern miteinander verbindet, kann ein Fluidkanal grundsätzlich an jeder Stelle einer Fluidkammer münden. Der oder ein Fluidkanal kann zumindest abschnittsweise einen reduzierten Durchmesser aufweisen, sodass er als Drossel für das Fluid dient.
Um eine noch bessere Anpassung an bestimmte Schwingungscharakteristiken zu ermöglichen, kann es vorgesehen sein, dass der erfindungsgemäße Schwingungstilger wenigstens eine erste, an eine erste Anregungsfrequenz und wenigstens eine zweite, an eine zweite Anregungsfrequenz angepasste Tilgermasse umfasst. Vorzugsweise ist jede Tilgermasse in einer eigenen Fluidkammer aufgenommen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zusätzlich in wenigstens einer Fluidkammer, vorzugsweise in allen Fluidkammern, wenigstens eine feste Tilgermasse angeordnet ist.
Daneben betrifft die Erfindung einen Zugmitteltrieb mit einem als Riemen oder Kette ausgebildeten Umschlingungsmittel, wenigstens einem antreibenden rotierenden Bauteil und wenigstens einem angetriebenen rotierenden Bauteil.
Bei dem erfindungsgemäßen Zugmitteltrieb umfasst das antreibende und/oder das wenigstens eine angetriebene rotierende Bauteil einen Schwingungstilger der beschriebenen Art. Der Zugmitteltrieb eignet sich besonders gut für einen Aggregatetrieb oder einen Steuertrieb einer Brennkraftmaschine.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen in geschnittenen Ansichten:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schwingungstilgers;
2 den Schwingungstilger von 1 während der Bewegung;
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schwingungstilgers; und
4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schwingungstilgers.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schwingungstilgers, der als Scheibe ausgebildet ist, in einer Draufsicht. Der Schwingungstilger 1 umfasst einen scheibenförmigen Tilgerkörper 2 sowie Fluidkammern 3, 4. In den Figuren sind die Schwingungstilger geschnitten dargestellt, die Fluidkammern sind jedoch allseitig geschlossen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Fluidkammern 3, 4 U-förmig ausgebildet, wobei sich die Endabschnitte der Fluidkammern 3, 4 gegenüber liegen. Die Fluidkammern 3, 4 sind teilweise mit einer Flüssigkeit 5 gefüllt, der übrige Bereich der Fluidkammern 3, 4 ist mit einem Gas 6 gefüllt.
Die beiden gegenüberliegenden Fluidkammern 3, 4 sind über einen Fluidkanal 7 miteinander verbunden, der ringförmig ausgebildet ist und sich bezogen auf die Drehachse 8 außerhalb der Fluidkammern 3, 4 befindet. Über zwei Verbindungskanäle 9, 10 kann die Flüssigkeit 5 von den Fluidkammern 3, 4 in den Fluidkanal 7 strömen sowie aus dem Fluidkanal 7 in die Fluidkammern 3, 4, sodass eine unterschiedliche Befüllung der Fluidkammern 3, 4 selbsttätig aus geglichen wird, wenn der Schwingungstilger 1 in Drehung versetzt wird.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Endabschnitte 11, 12 bzw. 13, 14 jeder Fluidkammer 3, 4 über weitere Fluidkanäle 15, 16 miteinander verbunden, sodass sich auch das Gas 6 gleichmäßig auf die beiden Endabschnitte verteilen kann. Da die Fluidkanäle 15, 16 einen geringen Durchmesser aufweisen, wirken sie als Drosseln, durch die der Ausgleichsvorgang verlangsamt wird.
Die in den 1 und 2 gezeigte U-förmige Fluidkammer ist lediglich beispielhaft zu verstehen, grundsätzlich sind alle Geometrien möglich, die eine Bewegung oder Schwingung des Fluids ermöglichen, indem sich der radiale Abstand des Fluids zur Drehachse verändert.
Im Hinblick auf den beabsichtigten Einsatzzweck wird ein Fluid eingesetzt, das in einem Temperaturbereich zwischen –40°C und +150°C keine wesentliche Volumenänderung und keinen Phasenübergang aufweist. Es ist auch möglich, ein Fluid einzusetzen, das bei niedrigen Temperaturen eine geringere Viskosität aufweist als bei hohen Temperaturen. Der in den 1 und 2 gezeigte Schwingungstilger ist besonders für den Einsatz bei einer Brennkraftmaschine geeignet und kann genau auf eine bestimmte Frequenz oder eine Motorordnung abgestimmt werden. Bei einem 4-Zylinder-Verbrennungsmotor wird zumeist die zweite oder die vierte Motorordnung getilgt. Bei einem 6-Zylinder-Verbrennungsmotor wird die dritte oder die sechste Motorordnung getilgt. Bei einer Drehung des Schwingungstilgers mit konstanter Geschwindigkeit befindet sich die als Tilgermasse dienende Flüssigkeit 5 in einer stabilen Gleichgewichtslage im Potentialfeld. Beim Auftreten einer Störung, etwa einer Geschwindigkeitsänderung der drehenden Scheibe, wird die Flüssigkeit 5 aus der Gleichgewichtslage herausbewegt und nimmt potentielle Energie auf. Die Flüssigkeit 5 bewegt sich bei einer Störung innerhalb der Fluidkammern 3, 4 zur Drehachse hin. Dabei wird die potentielle Energie in kinetische Energie verwandelt und umgekehrt, wodurch die Tilgerwirkung entsteht. Die Tilgerfrequenz kann aus den Eigenfrequenzen eines zugehörigen linearisierten Systems von Bewegungsgleichungen errechnet werden. Die Anpassung an unterschiedliche Tilgerfrequenzen erfolgt durch die Veränderung der Masse der Flüssigkeit 5 und des Abstands zur Drehachse. 2 zeigt den Schwingungstilger während der Bewegung.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schwingungstilgers, der ebenfalls in einer geschnittenen Ansicht dargestellt ist. Der Schwingungstilger 17 ist im Wesentlichen wie der in 1 gezeigte Schwingungstilger 1 aufgebaut, abweichend davon sind jedoch zwischen den Endabschnitten 11, 14 sowie 12, 13 jeweils diagonal verlaufende Fluidkanäle 18, 19 ausgebildet, die die diagonal gegenüberliegenden Endabschnitte miteinander verbinden. Auf diese Weise kann sich das Gas 6, das sich in allen Endabschnitten der Fluidkammern 3, 4 befindet, ausgleichen.
4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Schwingungstilgers. Der Schwingungstilger 20 umfasst neben den Fluidkammern 3, 4, die mit denen der Schwingungstilger der 1 bis 3 identisch sind, weitere Fluidkammern 21, 22, die auf eine zweite Frequenz abgestimmt sind. Der Aufbau und die Form der Fluidkammern 21, 22 entspricht im Wesentlichen derjenigen der Fluidkammern 3, 4, abgesehen von der Größe. Die beiden Fluidkammern 21, 22 sind ebenfalls bezogen auf die Drehachse 8 einander gegenüber liegend angeordnet und teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt, das verbleibende Volumen ist mit einem Gas gefüllt.
Da die Fluidkammern 3, 4 auf eine erste Tilgerfrequenz und die Fluidkammern 21, 22 auf eine zweite Tilgerfrequenz abgestimmt sind, kann sowohl die Hauptordnung als auch eine Nebenordnung der Schwingungen eines Verbrennungsmotors getilgt werden.

1: Schwingungstilger
2: Tilgerkörper
3: Fluidkammer
4: Fluidkammer
5: Flüssigkeit
6: Gas
7: Fluidkanal
8: Drehachse
9: Verbindungskanal
10: Verbindungskanal
11: Endabschnitt
12: Endabschnitt
13: Endabschnitt
14: Endabschnitt
15: Fluidkanal
16: Fluidkanal
17: Schwingungstilger
18: Fluidkanal
19: Fluidkanal
20: Schwingungstilger
21: Fluidkammer
22: Fluidkammer

Claims

Schwingungstilger, umfassend wenigstens einen um eine Drehachse drehbaren Tilgerkörper und wenigstens zwei, auf eine Anregungsfrequenz abgestimmte, als Fluid ausgebildete, in separaten Fluidkammern des Tilgerkörpers angeordnete Tilgermassen, die bezüglich des Tilgerkörpers in wenigstens einer Ebene verlagerbar sind, bei deren Verlagerung sich ihr radialer Abstand zur Drehachse verändert, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein mit wenigstens zwei Fluidkammerabschnitten (3, 4) verbundener Fluidkanal (7, 15, 16) vorgesehen ist.
Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (7) ringförmig ausgebildet ist.
Schwingungstilger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (7) bezogen auf die Drehachse (8) außerhalb der Fluidkammern (3, 4) angeordnet ist.
Schwingungstilger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkammern (3, 4, 21, 22) näherungsweise kreissegmentförmig oder U-förmig ausgebildet sind, wobei die Endabschnitte (11, 12, 13, 14) in der Nähe der Drehachse (8) angeordnet sind.
Schwingungstilger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder ein Fluidkanal (15, 16, 18, 19) im Bereich der Endabschnitte (11, 12, 13, 14) der Fluidkammern (3, 4) mündet.
Schwingungstilger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder ein Fluidkanal (15, 16, 18, 19) Endabschnitte (11, 12, 13, 14) derselben Fluidkammer oder verschiedener Fluidkammern miteinander verbindet.
Schwingungstilger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Fluidkanal einen zumindest teilweise reduzierten Querschnitt aufweist.
Schwingungstilger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens eine erste, an eine erste Anregungsfrequenz und wenigstens eine zweite, an eine zweite Anregungsfrequenz angepasste als Fluid ausgebildete Tilgermasse umfasst.
Schwingungstilger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Fluidkammer zusätzlich wenigstens eine feste Tilgermasse angeordnet ist.
Zugmitteltrieb, mit einem als Riemen oder Kette ausgebildeten Umschlingungsmittel, wenigstens einem antreibenden rotierenden Bauteil und wenigstens einem angetriebenen rotierenden Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass das antreibende und/oder das wenigstens eine angetriebene rotierende Bauteil einen Schwingungstilger (1, 17, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass er Bestandteil eines Antriebsstrangs, eines Aggregatetriebs oder eines Steuertriebs einer Brennkraftmaschine ist.